灰葡萄孢自然群体交配型鉴定及有性生殖引起的遗传变异分析

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kelong18433
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灰葡萄孢(Botrytis cinerea)作为重要病原菌,寄主植物达1400多种,引起作物采前采后灰霉病,造成重大经济损失。灰葡萄孢属于异宗配合真菌,含有两种交配型,有性阶段形成子囊盘和子囊孢子。但是,在自然条件下,灰葡萄孢以无性繁殖为主,而有性繁殖则不常见。了解病原菌的生活史和繁殖方式对控制植物病害流行和危害具有重要意义。有性生殖产生遗传多样性,限制有害突变积累,有利于物种生存。灰葡萄孢群体变异较大,存在大量个体单倍型和营养体亲合群(vegetative compatibility groups,VCGs),暗示其可能通过有性繁殖发生遗传重组,但缺乏直接的试验证据。目前对灰葡萄孢变异研究集中在无性繁殖变异方面,包括突变、基因水平转移等。对灰葡萄孢交配型(Mating type)基因功能的认识多集中于对有性生殖转录调节的影响,是否有其它功能(如生长发育、致病性及杀菌剂敏感性等)目前还不知晓。保护地栽培的作物(如草莓和番茄)处于适温高湿的环境中,适合灰葡萄孢发生。目前,对于保护地草莓和番茄灰葡萄孢群体有性繁殖潜力还不清楚。针对上述问题,本论文对保护地草莓和番茄灰葡萄孢群体交配型进行鉴定,对交配型基因MAT1-1-1基因功能进行研究,并分析了有性生殖对灰葡萄孢遗传变异的影响。取得研究结果如下:1.明确了湖北省保护地草莓和番茄等作物上的灰葡萄孢群体的交配型构成采用多重PCR方法对706株分离自湖北省保护地草莓和番茄上的B.cinerea菌株的交配型进行了鉴定。研究结果发现,MAT1-1和MAT1-2两种交配型的菌株共同存在于保护地灰葡萄孢群体中。湖北省草莓和番茄B.cinerea群体总体两种交配型的分布偏离1:1比例(χ2=13.60,P=0.0002,df=1),MAT1-2型占据优势地位(56.9%)。另外,对湖北B.cinerea群体进一步分析发现,草莓群体和番茄群体两种交配型的分布存在显著差异,草莓群体交配型分布符合1:1比例(χ2=0.01,P=0.9151,df=1),而番茄群体分布则不符合1:1比例(χ2=26.03,P<0.0001,df=1);不同地区间,两种交配型分布比例也存在显著差异,在源于湖北12个市(县)的12个灰葡萄孢亚群体中,7个亚群体交配型分布符合1:1比例,5个亚群体(荆门亚群体、荆州亚群体、仙桃亚群体、孝感亚群体和宜昌亚群体)交配型分布比例偏离1:1。这些结果表明,保护地草莓和番茄灰葡萄孢部分群体可能存在有性生殖。2.明确了交配型基因BcMAT1-1-1在子囊盘产生中的作用以灰葡萄孢野生型菌株B05.10为基础,采用同源重组技术,敲除交配型基因BcMAT1-1-1,获得BcMAT1-1-1缺失突变体菌株,并从有性发育、生物学特性、致病力以及药剂敏感性等方面对BcMAT1-1-1基因功能进行分析。结果表明:ΔBcMAT1-1-1突变体在菌落形态(菌丝、菌核、大型和小型分生孢子)、菌丝生长速度、大型分生孢子和菌核产生量、孢子萌发率以及致病力等方面与野生型菌株没有显著差异。但是,BcMAT1-1-1对于灰葡萄孢有性生殖非常重要。以ΔBcMAT1-1-1菌株为母本(♀)或父本(♂),所测试交配组合均不能产生子囊盘柄和子囊盘。3.明确了灰葡萄孢有性生殖对其遗传变异的影响以黑色菌核(black sclerotia,简称B)菌株HBtom544(MAT1-2,♀)和黄色菌核(Yellow sclerotia,简称Y)菌株HBstr494(MAT1-1,♂)的交配组合(BY组合)以及B菌株HBtom544(♀)和B菌株B05.10(MAT1-1,♂)的交配组合(BB组合),在实验室条件下诱导子囊盘及子囊孢子产生。从BY组合中获得了57个单子囊孢子杂交后代,从BB组合中获得了32个单子囊孢子杂交后代。采用菌落形态观察(菌丝、大型分生孢子、菌核),交配型基因检测,菌丝亲合群(mycelial compatibility group,MCG)测定,菌丝生长速度测定,致病力,以及药剂敏感性测定等方法,评估子囊孢子后代的变异。(1)灰葡萄孢有性生殖子代菌株,在菌核产生、颜色和菌落形态上表现出多样性。BB后代菌株均产生黑色菌核,而BY后代菌株中出现黑色和黄色2种类型的菌核。这些子代菌株菌落形态类型可分为8种(3种菌丝型,5种菌核型)。BB后代发现4种菌核型(S2~S5),以S3亚型为主(46.9%)。BY后代发现3种菌丝型(M1、M3和M4),菌丝型中以M1亚型居多(38.6%);菌核型存在5种(S1~S5),以S2亚型为主(26.3%)。(2)MAT1-1和MAT1-2两种交配类型在有性生殖子代群体中普遍存在,且分布比例符合1:1。在BY后代群体中(n=57),MAT1-1交配类型有30株,MAT1-2型有27株,符合1:1比例(χ2=0.16,P=0.6911,df=1);在BB后代群体中(n=32),MAT1-1交配类型有15株和MAT1-2交配类型有17株,符合1:1比例(χ2=0.13,P=0.7237,df=1)。(3)有性生殖子代菌株在菌丝亲和群(MCG)上出现多样性分化。大多数菌株在菌丝接触时出现明显的拮抗作用,菌落接触区域出现深色色素沉积线或菌丝稀疏透明地带,表现出菌丝不亲和性。BB组合32个子代菌株分为12个菌丝亲合群(MCG 1BB~12BB),其中,优势亲和群为MCG 4BB,含6个菌株,其他菌丝亲和群则含有1~5个菌株,91.9%的菌株是不亲和的;BY组合57个子代菌株分为7个其它菌丝融合群(MCG1BY~7BY),其中,MCG 1BY、MCG 2BY和MCG 4BY分别含有16、15、和13个菌株,其他菌丝亲和群则含有1~5个菌株,79.8%的菌株是不亲和的。香农指数(H)和辛普森指数(D)多样性指数分析表明,BB组合后代(H=2.6630,D=0.8945)的多样性水平高于BY组合后代(H=1.6709,D=0.7842)。(4)有性生殖子代菌株在生长速率、致病力和药剂敏感性上表现出多样性。亲本菌株均为中等致病力菌株,而有性生殖后代菌株中出现了强、弱致病力菌株的分化,尤其在BY组合后代这种分化现象更加明显,弱致病力菌株出现的频率达到53.4%。所有亲本和单子囊孢子后代菌株对杀菌剂氟啶胺和咯菌腈都表现敏感性,但是菌株间敏感程度存在差异。对BY亲本和子代菌株的咯菌腈靶标基因Bos1氨基酸序列分析发现:父本菌株HBstr494存在P1186L和A1259T 2个点突变位,母本菌株HBtom544存在I926T和A1259T 2个突变位点,但子代菌株则出现了更多的突变位点,其中A1259T在亲本和子代菌株中均有发现。这些结果表明有性生殖对灰葡萄孢遗传变异具有重要作用。上述研究结果为认识保护地番茄和草莓上的灰葡萄孢群体结构、繁殖方式以及变异机制提供了线索。
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